دانلود مقاله طرز کار اسیلوسکوپ

1 ساختمان و طرز کار اسیلوسکوپ:

اسیلوسکوپ یک دستگاه اندازه گیری است که از آن برای مشاهده ی شکل موج ها و اندازه‌گیری ولتاژ، زمان تناوب، اختلاف فاز و همچنین مشخصه های ولت ‍‍ آمپر عناصر نیمه هادی مانند دیود ها، ترانزیستورها و. . .  استفاده می گردد.

اسیلوسکوپ یک ولت متر بسیار دقیق است که می‌تواند ولتاژهای تا حدود یک هزارم ولت متناوب را در فرکانس های خیلی بالا (حتی چند صد مگا هرتز) اندازه‌گیری نماید، حال آنکه ولتمترهای ساخته شده‌ی  امروزی قادر به اندازه گیری ولتاژ های کم در این فرکانس نیستند.

اندازه گیری و مشاهده‌ی شکل موج‌ها در اسیلوسکوپ از ولتاژ با فر کانس صفر(DC) شروع و به فرکانس مشخصی (به خاطر محدودیت پهنای باند تقویت کننده‌ها) ختم می گردد که معمولاً اسیلوسکوپ را با این فرکانس مشخص می نماید. مثلاً اسیلوسکوپ 20مگاهرتز، یعنی اسیلوسکوپی که می تواند ولتاژ های DC تا MHZ 20  را نمایش می‌دهد.

ساختمان اسیلوسکوپ از دو قسمت اصلی تشکیل شده است:

الف: لامپ اشعه ی کاتدیک(CRT)

ب: مدارهای آماده سازی لامپ و سیگنال

لامپ اشعه ی کاتدیک: 

لامپ اشعه‌ی کاتدیک امروزه قسمت اصلی مانیتور های کامپیوتر، تلویزیون، دستگاه های کنترل کننده‌ی ضربان قلب در پزشکی و. . . را تشکیل می دهد. در حقیقت با اعمال هر سیگنال الکتریکی به دستگاه های نام برده آن سیگنال روی صفحه‌ی حساس لامپ اشعه‌ی کاتدیک نقش می بندد. اساس کار لامپ اشعه ی کاتدیک‌، بمباران یک صفحه حساس با یک دسته اشعه ی الکترونی می باشد. بر اثر بمباران صفحه‌ی حساس، آن قسمت از صفحه که بمباران شده است از خود نور ساطع می کند. منظور از اشعه‌ی الکترونی تعدادزیادی الکترون می‌باشد که به صورت یک اشعه‌ی فوق‌العاده باریک در آمده و با سرعت بسیار زیاد (چند هزار کیلومتر در ثانیه) در حرکت است.

مقدار نور ایجاد شده روی صفحه‌ی حساس به دو عامل، سرعت الکترونها و تعداد الکترونها بستگی دارد، به عبارتی هر قدر تعداد الکترون های اشعه‌ ی الکترونی و سرعت الکترون ها زیادتر باشد نور ایجاد شده بیشتر خواهد بود. در عمل برای کنترل مقدار نور ایجاد شده تعداد الکترون های اشعه را تغییر می دهند، زیرا این عمل به سهولت امکانپذیر است.

صفحه‌ی حساس که شکل موج روی آن نقش می بندد، از یک شیشه‌ی معمولی که پشت آن از مواد فسفرسانس (ترکیب روی و فسفر) پوشیده شده است. رنگ نور ایجاد شده به درصد ترکیب روی و فسفر بستگی دارد.

تولید اشعه الکترونی بوسیله گرم کردن یک استوانه فلزی که قسمت جلوی آن از مواد اکسیدی (معمولا 50% اکسید باریم و 50% اکسید استرانسیوم) پوشانده است صورت می‌گیرد. نحوه کار بدین صورت است که ابتدا فیلامان داخل استوانه را با عبور جریان الکتریکی از آن گرم می کنند. گرمای فیلامان منجر به گرم شدن استوانه شده در نتیجه مواد اکسیدی گرم می شوندو بر اثر این گرما از خود الکترون ساطع می کنند. در جلوی این استوانه یک شبکه که دارای روزنه بسیارکوچکی است (حدود کسری از میلیمتر) قرار گرفته است. این کار مقدمه تولید اشعه به صورت باریک می باشد. شبکه جلوی این استوانه ، شبکه کنترل و استوانه ای که مواد اکسیدی ، صفحه جلوی آنرا پوشانده است کاتد نام دارد.

اگر بین شبکه  کنترل و کاتد، یک منبع ولتاژ  با پلاریته ی شبکه منفی تر از کاتد قرار دهیم ولتاژ منفی شبکه باعث دفع الکترونها شده در نتیجه الکترونهای کمتری از روزنه خارج میگردند هر قدر ولتاژ بیشتر باشد تعداد الکترونهای خارج شده کمتر می شود.

مقدار نور ایجاد شده به دو عامل سرعت و تعداد الکترونها بستگی دارد. در عمل برای تنظیم مقدار نور از تغییر تعداد الکترون ها استفاده می کنند، لذا برای کنترل مقدار نور ایجاد شده در روی صفحه حساس (شدت نور) می توان بین شبکه کنترل و کاتد یک پتانسیل قرار داد و آنرا کنترل نمود. به همین منظور در روی صفحه ی جلوی اسیلوسکوپ ولومی تعبیه شده که با تغییر آن در حقیقت پتانسیل بین شبکه کنترل و کاتد تغییر نموده و در نتیجه شدت نور روی صفحه حساس تغییر می کند. این ولوم با کلمه (INTEN) روی اسیلوسکوپ مشخص می شود.

بعد از تولید اشعه اولیه باید این اشعه را روی صفحه حساس متمرکز کرد و به آنچنان شتابی داد که سرعت لازم را جهت برخورد با مواد فسفرسانس و ایجاد نور در روی آن به دست آورد. برای این کار ازسه استوانه ی فلزی که به ولتاژ زیاد وصل شده اند استفاده می شود. این مجموعه ، ضمن اینکه به الکترونها (اشعه) سرعت لازم را می دهد، در عین حال اشعه را روی صفحه حساس متمرکز می کند، به این جهت به این مجموعه ، عدسی الکترونی اطلاق می گردد.

مجموعه ی عدسی الکترونی و استوانه ی وهلنت را تفنگ الکترونی می نامند.بنابراین وظیفه ی تفنگ الکترونی ایجاد یک اشعه ی الکترونی با قابلیت تنظیم نقطه ی کانونی (فوکوس )روی صفحه ی حساس ,و همچنین تنظیم شدت نور می باشد.

تا زمانی که اشعه بر روی مواد فسفر سانس می تابد در آن نقطه نور وجود خواهد داشتو زمانی که اشعه قطع می شود (یا به نقطه ی دیگری می تابد)نور نقطه ی قبلی محو می شود(یا به نقطه ی جدید منتقل می شود) به عبارت دیگر در هر لحظه ,اشعه به هر نقطه ای بتابد، فقط در آن نقطه نور ایجاد می شود .پس بر روی صفحه ی حساس ,فقط یک نقطه ی نورانی ظاهر خواهد شد . در اینجا باید به یک نکته اشاره کرد و آن اینکه به محض بر خورد اشعه به مواد فسفرسانس ,نور ایجاد نمی شود بلکه در حدود چند نانو یا میکرو طول می کشد و از طرفی بعد از قطع اشعه , نقطه ی نورانی محو نمی گرددبلکه مدت زمان کوتاهی طول می کشد این مدت بستگی به نوع فسفر سانس به کار رفته در لامپ دارد.

شکل موجی که روی صفحه ی حساس نقش می بنددناشی از برخورد اشعه ی الکترونی به صفحه ی حساس و حرکت آن در جهات مختلف (متناسب با نوع سیگنال ) می باشد.

هر نقطه از صفحه ی حساس اسیلوسکوپ ,دارای دو مختص (افقی و عمودی) است و با توجه به اینکه کلیه‌ی موج ها به صورت دو بعدی نشان داده می‌شوند پس هر نقطه از شکل موج را میتوان به دو مؤلفه ی فوق تجزیه کرد بنابراین هر نقطه از شکل موج در اثر حرکت اشعه در مختصاتی که دارای دو جهت افقی و عمودی است قرار می گیرد.

برای حرکت  اشعه در جهت عمودی ,بعد از تفنگ الکترونی دو صفحه قرار می‌دهند. هنگامی که اشعه از میان دو صفحه عبور می کند اگر هر یک از صفحات نسبت به دیگری مثبت تر گردد ,اشعه در جهت آن صفحه منحرف می شود ,این صفحات را صفحات انحراف عمودی می نامند. بعد از این صفحات ,دو صفحه ی دیگر در جهت افقی قرار می دهند که به صفحات انحراف افقی موسوم اند.

برای بالا بردن حساسیت، صفحات انحراف عمودی لامپ اشعه ی کاتدیک را قبل از صفحات انحراف افقی آن قرارمی دهند. بعد از صفحات انحراف عمودی و افقی، یک سری باندهای شتاب دهنده در لامپ قرار دارد. این باندها معمولا بصورت اندودی از گرافیت بوده و به ولتاژ زیاد وصل می شوند. نقش این باندها،دادن سرعت بیشتر به الکترون ها و جمع آوری الکترونهای آزادشده ی مواد فسفرسانسی در اثر بمباران اشعه    می باشد.